物料搬运设备的发展与应用

张　杰

物料搬运设备及相关技术刘兆国

随着中国经济的快速发展，物料搬运设备在生产过程中获得了越来越广泛的应用。同时，物料搬运设备和技术也在不断更新，正朝着实用化和轻型化、专用化和通用化、自动化和智能化、成套化和系统化以及“绿色化”的方向发展。企业应该如何高效地使用物料搬运设备、在哪些环节使用、如何选择适用的物料搬运设备等问题变得越来越复杂，也因此受到了更多的关注。

在本期专题中，我们邀请物流系统集成商、物料搬运设备供应商以及制造企业，分别对物料搬运设备和技术的发展与应用状况进行了介绍，借此希望能给有关企业的物料搬运系统的建设提供一些有益的思路和建议

在物流过程中，物料搬运活动是不断出现和反复进行的，频率高于其他各项物流活动，而且每次物料搬运活动都要花费很长时间，所以往往成为决定物流速度的关键。物料搬运活动所消耗的人力也很多，所以搬运费用在物流成本中所占的比重也较高。因此，提高物流效率，降低物流费用，搬运是个需要研究的重点环节。

随着工业生产规模的扩大和自动化程度的提高，物料搬运费用在工业生产成本中所占比例越来越大。据有关资料统计，每生产1吨的产品，往往需要252吨次的装卸搬运，其成本为加工成本的15.5％。美国工业产品生产过程中装卸搬运费用占总成本的20％～30％，德国企业物料搬运费用占营业额的1/3。因此，加强对物料搬运设备及相关技术的研究，对改进物流管理、提高产品质量、降低生产成本、缩短生产周期、加速资金周转和提高整体效益有重大意义。

制造生产线中的物料搬运设备

目前应用在制造生产线中的物料搬运设备主要有五种：输送机、工业车辆、自动导向车、吊车和葫芦、工业机器人。

1输送机。是能将物料从一个地点传送到另一个地点的一组固定设备，按其结构和功能的不同，分成滚筒、链式、翻斗和皮带等种类。输送机的主要优点是不需要操作者，运送量大，运输成本低；其缺点主要是投资大，占空间大，运输路线难以调整。

2工业车辆。是可以自由行驶的载物车辆，可以用人力推拉，更多的是通过内燃机或电动机带动。工业车辆包括轻小型搬运车、叉车、牵引车等种类。其优点是运输灵活，投资较少；缺点是需要通道，需要人驾驶，运输成本比传送带高。

3自动导引车(Automaticaloy GuidedVehicle，AGV)。AGV不需要人驾驶，并具有很大的灵活性，可沿规定的路线行驶，完成预定的功能。AGV一般用蓄电池作为动力，其运动受信号控制，一般采用遥控计算机来储存指令，一台计算机可以控制数台在不同地点工作的AGV。

4吊车和葫芦。吊车和葫芦是安装在建筑物上方的物料搬运设备，不占用生产场地，在其活动范围内具有很大的灵活性。葫芦起重能力较小，多半在安装工地和维修场所使用。桥式吊车在生产车间得到普遍使用，它的起重量大，工作灵活。

5工业机器人。工业机器人是具有人的某些特征的可编程机器，它的外形并不像人，但能承担某些工作，具有很大的灵活性。工业机器人可以在条件恶劣或危险的环境下工作，能不知疲倦地从事繁重的、重复性的工作，并能搬运较笨重的物品。例如，重复性搬运往往使人感到厌烦和疲劳，容易造成误操作，而机器人干这种工作比人更持久，更有效，也更可靠。

总之，各种物料搬运设备在物流作业中发挥着重要作用，极大地减轻了人们的劳动强度，提高了搬运效率与质量，降低了物流成本，促进了物流的快速发展。

物料搬运设备的使用现状

自上世纪七十年代末以来，我国生产线中的物料搬运设备有了较快的发展，各种设备数量大幅增长，技术性能日趋提高。随着计算机网络技术在生产线物流活动中的应用，物料搬运技术不断提升与发展，先进的物料搬运设备与系统不断涌现；我国已具备开发研制大型搬运设备和自动化物流系统的能力。目前，我国生产线中物料搬运设备的使用状况表现在如下几个方面：

1物料搬运设备总体数量迅速增加。

2物料搬运设备的自动化水平和信息化程度得到了一定的提高。以往我们的生产线物料搬运设备基本上是以手工或半机械化为主，工作效率较低。但是，近年来，物料搬运设备在自动化水平和信息化程度方面有了明显提高，使作业效率得到了较大改善。

3基本形成了物料搬运设备生产、销售和消费系统。以前，经常发生这样的情况，如有物料搬运设备需求，但很难找到相应生产企业；或有物料搬运设备生产，却因销售系统不完善、需求不足，导致物料搬运设备生产无法持续等。而今物料搬运设备的生产、销售、消费的系统已经基本形成，整个行业呈现出快速发展势头。

4物料搬运设备在生产企业的各个生产、物流环节得到了较全面的应用。

5专业化的新型物料搬运设备和新技术不断涌现。随着物流各环节分工的不断细化，随着以满足顾客需要为宗旨的物流服务需求的上升，物料搬运设备的专业化程度逐渐提高，专门为某一物流作业环节、某种特定商品、某个专门客户提供的物料搬运设备不断涌现。

物料搬运设备发展中存在的问题

近年来，物流业的高速发展使先进的物料搬运设备得到了越来越广泛的应用，但无论从行业发展还是应用角度来看，我国物料搬运设备的发展还不能完全满足现阶段全新物流任务的要求，具体说来主要有以下几个方面：

1我国尚处于物料搬运设备发展的起步阶段，既缺少行业标准，又没有行业组织，致使各种物料搬运设备标准不统一，相互衔接配套差。

2物料搬运设备供应商数量众多，但大部分企业规模偏小，实力较弱，尤其是技术研发投入不足，导致产品质量与技术水平难以快速提升。

3应用企业只重视单一设备的质量与选型，没有通盘考虑整个物料搬运系统如何达到最优化。

4绝大多数企业仍将价格作为选择物料搬运设备的首要因素，而忽视了对产品内在品质与安全指标的考察。

5部分企业对物料搬运设备的作用缺乏足够的认识，在系统规划、设计时带有盲目性，造成设备使用上的不便或资源的浪费。

6物料搬运设备的管理并没有被广泛纳入物流管理的内容，搬运设备的使用率不高，设备闲置时间较长。

应用解决方案和策略

物料搬运设备种类、型号众多，选择适合的物料搬运设备取决于多个因素，如现场作业条件，所搬运物料的形状、尺寸、物理性质和化学性质等。例如，像输送机这样的自动化或半自动化物料搬运设备多用于产量大、从而搬运量大、移动路线相对稳定的场合。

选择物料搬运设备的基本要求包括：(1)物料搬运设备应尽可能合乎标准；(2)尽可

能把资金投在可移动的设备上，而不是投在固定不动的设备上；(3)物料搬运设备性能必须能满足生产或物流系统的要求，以保证物料搬运设备的使用率，不让设备闲置；(4)选取搬运设备时，应选择净载重量与总重量之比尽可能大的设备；(5)系统设计时应该考虑重力流；(6)建成的搬运系统应能提供尽可能大的连续的货物流。

物料搬运设备作业发生的费用主要有设备投资额、运营费用和装卸作业成本等项。设备投资额是平均每年机械设备投资的总和(包括购置费用、安装费用和直接相关的附属设备费用)与其在一年内完成的装卸作业量的比值。物料搬运设备的运营费用是指某种机械一年运营总支出(包括维修费用、劳动工资、动力消耗、照明等项)和物料搬运设备完成装卸量的比值。装卸作业成本是指在某一物流作业现场。机械每装卸一吨货物所支出的费用，即每年平均设备投资支出和运营支出的总和与每年物料搬运设备作业现场完成的搬运总吨数之比。

物料搬运设备的配套是指根据现场作业性质、运送形式、速度、搬运距离等要求，合理选择不同类型的相关物料搬运设备。按搬运作业量和被搬运物资的种类进行机械配套，在确定各种机械生产能力的基础上，按每年搬运1万吨货物需要的搬运设备台数和每台物料搬运设备所担任装卸物资的种类与每年完成装卸货物的吨数进行配套。此外，还可以采用线性规划方法来设计物料搬运设备的配套方案，即，根据装卸作业现场的要求，列出数个线性不等式，并确定目标函数，然后求出最优的各种物料搬运设备合数。

在生产线中，选择、规划物料搬运设备或解决方案的策略主要包括：

1提高机械化水平

对于劳动强度大，工作条件差，搬运、装卸频繁，动作重复的环节，应尽可能采用有效的机械化作业方式。今后的发展方向是，即使在人可以操作的场合，为了提高生产率、安全性、服务性和作业的适应性等，也应将人力操作转由机械来实现，让人可以在更高级的工作中发挥作用。

2减少无效作业

按一定的操作过程完成货物的搬运时，还要完成许多其他作业。作业即产生费用，因此，应采取多种措施避免无效作业，例如，减少作业数量，尽可能缩短搬运距离等；只搬运必要的物资，例如有些物资要去除杂质之后再搬运比较合理；避免过度包装，减少无效负荷；提高装载效率，充分发挥搬运设备的能力和装载空间；中空的物件可以填装其他小物品再进行搬运；减少倒搬次数，因为作业次数增多不仅浪费了人力、物力，还增加了物品损坏的可能性。

3提高搬运活性

装卸活性是指货物的存放状态对搬运作业的方便(或难易)程度，也称为货物的“活性”。活性可用“活性指数”进行定量的衡量。例如，工厂的物料处于散放状态的活性指数为0(移动时需逐个用人力搬到运输工具中)；处于集装状态活性指数为1(可一次性搬运)；处于支垫状态，如置于托盘中其活性指数为2(可方便地使用机械搬运)；处于装载状态，如置于推车内，其活性指数为3(不需要借助其它机械便可搬运)；处于传送设备上移动的物料，其活性指数为4(货物已处于移动状态)。

在货场搬运过程中，下一步工序比上一步工序的活性指数高，因而，下一步工序比上一步工序更便于作业时，便称为“活化”。搬运的工序、工步应设计得使货物的活性指数逐步提高，因此被称为“步步活化”。通过合理设计工序、工步，以做到步步活化作业的同时，还要采取相应的措施和方法尽量节省劳力，降低能耗。这些方法和措施的实例有：作业场地要尽量硬化；在满足作业要求的前提下，货物净重与其单元毛重之比尽量接近于1；能进行水平装卸、滚动装卸的，尽量采用水平装卸和滚动装卸等。

4利用重力和减少附加重量

在货物搬运时，应尽可能利用货物的自重，以节省能量和投资。例如，利用地形差进行装货，采用重力式货架堆货等。在保证货物搬运安全的前提下，应尽可能减少附加工具的自重和货物的包装重量。

5保持物流的均衡顺畅

当物品的处理量波动较大时，会使搬运作业变得困难。但是，搬运作业还受运输等其他环节的制约，其节奏不能完全自主决定。因此，必须综合各方面因素妥善安排，使物流量尽量均衡，避免忙闲不均的现象。

6集装单元化

将零散放置的物体归整为统一格式的集装单元称为集装单元化。为了提高搬运效率，提高机械化、自动化程度和管理水平，应根据设备能力，尽可能扩大货物的物流单元，例如采用托盘、货箱等。这对搬运作业的改善是至关重要的原则，可以达到以下目的：发挥机械设备的效能，提高作业效率，搬运方便，灵活性好；负载的大小均匀，有利于实行作业标准化；在作业过程中避免物品损伤，保护被搬运的物品等。

7各环节均衡、协调

搬运作业是各作业环节的有机组成，只有各环节相互协调，才能使整条作业线产生预期的效果。应使装卸搬运各环节的生产效率协调一致，能力相互适应。因为个别薄弱环节的生产能力决定了整个装卸搬运作业的综合能力，所以，要针对薄弱环节，提高其能力，使搬运系统的综合效率最高。

8系统效率最大化

在货物流通过程中，应力求抬高包装、装卸、运输和保管等各物流要素的效率。由于各物流要素间存在着效益背反的关系，如果分别独自进行，那么，物流系统总体效率不一定高，因此，要从物流全局的观点来研究解决问题。

物料搬运技术发展趋势

随着现代物流的发展，物料搬运设备与技术呈现出以下几个发展趋势：

1实用化和轻型化

由于物料搬运设备是在通用的场合使用，因此应易操作，易维护，具有耐久性、无故障性和良好的经济性，以及较高的安全性、可靠性和环保性。这类设备批量较大、用途广；考虑到系统综合效益，可降低其外形高度，简化结构，降低造价，同时也可减少设备的运行成本。

2专用化和通用化

随着物流的多样化，物料搬运设备的品种越来越多且不断更新。物流活动的系统性、一致性、经济性、机动性，要求一些设备向专门化方向发展，一些物料搬运设备向通用化、标准化方向发展。

物科搬运设备专门化是提高物流效率的基础，主要体现在两个方面：一是物料搬运设备专门化，即以物流工具为主体的物流对象专门化；二是物料搬运技术专门化，其中比较典型的是管道运输。而通用化的搬运工具为物流系统运作的高效率提供了基本保证。通用化设备还可以实现物流作业的快速转换，可极大提高物流作业效率。

3自动化和智能化

将机械技术和电子技术相结合，将先进的电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术用到机械的驱动和控制系统，实现物料搬运设备的自动化和智能化将是今后的发展方向。例如，大型高效起重机的新一代电

气控制装置将发展为全自动数字化控制系统，可使起重机具有更高的柔性，以提高单机综合自动化水平。此外，卫星通信技术及计算机、网络等多项高新技术结合起来的物料搬运技术正在逐渐被应用。

4成套化和系统化

只有当组成物流系统的设备成套、匹配时，物流系统才是最有效、最经济的。在物料搬运设备单机自动化的基础上，通过计算机把各种物流设备组成一个集成系统，通过中央控制室的控制，与物流系统协调配合，形成不同机种的最佳匹配和组合，将会使其取长补短，发挥最佳效用。为此，成套化和系统化的物料搬运设备具有广阔发展前景，以后将重点发展的有工厂生产搬运自动化系统、货物配送集散系统、集装箱装卸搬运系统、货物自动分拣与搬运系统等。

5绿色化

“绿色”就是要达到环保要求，这涉及到两个方面：一是与牵引动力的发展以及制造、辅助材料等有关，二是与使用有关。对于牵引力的发展，一要提高牵引动力，二要有效利用能源，减少污染排放，使用清洁能源及新型动力。对于使用因素，包括对各种物料搬运设备的维护，合理调度，恰当使用等。

物料搬运设备行业发展建议

借鉴国外物料搬运设备发展的先进经验，结合我国物流发展的实际情况及存在的主要问题，可以采取如下措施来加快我国物料搬运设备行业的发展：

1加快物料搬运设备标准化制定工作。标准化对于提高物流运作效率起着至关重要的作用，统一的标准有利于各种设备之间的相互衔接配套，有利于物流企业之间的业务合作，从而缩短物流作业时间，提高生产效率，改善物流服务质量，降低物流成本在生产总成本中所占的比重。

2加大对物料搬运设备的投资力度。应对物料搬运设备的实际应用情况进行调查研究，注重发展技术含量高的物料搬运设备，有意识地淘汰陈旧落后效率差、安全性能低的物料搬运设备，配置先进物流机械设施。

3规范物料搬运设备供应商的经营行为，鼓励其扩大经营规模，提高技术水平和设计能力，从而生产出更好的物料搬运设备。

4引导企业在选择物料搬运设备时，不仅注重设备的价格，还要注重设备的质量、安全性能以及对整个系统的作用，并结合自身实际需要选择合适的物料搬运设备，使整个系统效益最优。

5提高企业对物料搬运设备在物流发展中的认识，使其在进行物料搬运设备系统规划设计时能通盘考虑，避免使用不便和资源浪费。

6无论是企业还是各级政府都要把物料搬运设备管理纳入物流管理的内容。物料搬运设备是物流成本的一部分，应重视物料搬运设备的管理和研究，提高物料搬运设备的使用效率，尽量减少物料搬运设备的闲置时间。同时应注重对物料搬运设备安全性能的检测和维修，减缓设备磨损速度，延长其使用寿命，防止设备非正常损坏，保障其正常运行。